8.3. Расчет теплообменных характеристик топки

Полезное тепловыделение в топке определяется по формуле:

Q_т = Q_р^р  (100 – q₃ – q₄ ) / (100 – q₄), (ккал/кг)

Q_т = 6124,4998  (100 - 1 – 4) / (100 – 4 ) = 6060,7029 ккал/кг

По диаграмме I(Q) -  определяем теоретическую температуру горения топлива.

Под теоретической температурой горения понимают температуру, до которой могли бы быть нагреты дымовые газы и зола топлива, если бы вся теплота, внесенная вместе с топливом и выделения при его сжигании, пошла на нагревание продуктов сгорания.

Q_т =6060,7029 ккал/кг  _гор = 1655⁰ С

8.4. Определение температуры дымовых газов на выходе из топки Определение степени черноты факела:

Степенью черноты факела называется отношение энергии излучения данного факела к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре.

При горении топлива в слое излучают как пламя, развивающееся в объеме топки, так и горящий кокс, лежащий на колосниковой решетке. При этом в пламени излучают горящие летучие вещества (твердые частицы), выделившиеся из топлива, и образовавшиеся и заполняющие топочный объем продукты сгорания трехатомные газы и водяные пары.

Эффективная степень черноты факела для топки рассчитывается по температуре и составу дымовых газов на выходе из топки по формуле:

а_ф = 1 – е ^{- kps}

где р - давление в топке =1кгс/см²;

S - эффективная толщина излучающего слоя;

к – коэффициент ослабления лучей (облучения) топочной средой.

- Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами k_г принимаем по номограмме 3[1, с.242], учитывая суммарную объемную долю трехатомных газов на выходе из топки r_п , объемную долю водяных паров r_Н2О и суммарное парциальное давление на выходе из топки Р_n .

r_п = r_RO2 + r_Н2О – суммарная объемная доля трехатомных газов на выходе из топки r_п = 0,18198 (табл.1);

r_Н2О = 0,052 (табл. 1) – объемная доля водяных паров;

суммарное парциальное давление на выходе из топки:

Р_n = р  r_п , (кгс/см²)

Р_n = 1  0,18198 = 0,18198 кгс/см²

Р_n  S = 0,19198  1,3635 = 0,2481 кгс/см²

По номограмме 3 определяем k_г = 1,09 1/[м кгс/см²]

- Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами

Наличие в газовом потоке твердых взвешенных частиц существенно изменяет поглощательную и излучательную способность такого потока.

Степень черноты и поглощательная способность запыленных потоков зависят от эмиссионной и поглощательной способности газовой среды, так и от размеров, концентрации и физических свойств твердых частиц.

к_зл  _зл = 4300  _г  _зл / (Т²_т  d²_зл ), 1/[м  кгс/см² ]

где _г - плотность дымовых газов, принимаемая равной 1.3 кг/м³p;

d_зл - эффективный диаметр частиц золы для слоевых топок, принимается

по [1, т.6-1] d_зл =20мкм;

Т_т – температура газов в конце топки, принимается на 100⁰С меньше

температуры начала деформации золы [1, стр.154]

Т_т = (1060 – 100)+273 = 1233К

_зл – безразмерная концентрация золы в дымовых газах

_зл =[А^Р · (а_ун +1)/ 2]/(100 G_г)

_зл =[20,9(0,085+1)/2]/(10012,9312) = 0,00877,

к_зл  _зл = 4300  1,3  0,00877 / = 0,0579, 1/[м  кгс/см² ]

- Коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами

к_кокс = 1

Коэффициент ослабления лучей (облучения) топочной средой

к = к_г  r_п + к_зл  _зл + к_кокс  х₁  х₂ , (1 / м  кгс /см² )

где х₁ = 0,5 величина учитывающая влияние концентрации коксовых частиц в

факеле, зависящая от рода топлива (каменный уголь –

высокореакционное топливо)

х₂ = 0,03 величина учитывающая влияние концентрации коксовых частиц в

факеле, зависящая от способа его сжигания (слоевое сжигание

топлива)

к = 1,090,18198 + 0,0579 + 1  0,5  0,03= 0,271 (1 / м  кгс /см² )

Сила поглощения газового потока:

крs = 0,27111,3656 = 0,3695

Определяем степень черноты факела:

а_ф = 1 – е ^{– 0,3695} = 0,31

Определяем коэффициент М, учитывающий расположение максимума температур пламени по высоте топки при слоевом сжигании топлива.

Характер распределения по ходу факела температуры и падающих на стенку топочной камеры лучистых потоков зависит от соотношения между тепловыделением и теплоотдачей в различных точках по высоте топочной камеры.

В корне факела обычно имеет место быстрый подъем температуры и рост падающих лучистых потоков, обусловленные тепловыделением при сгорании топлива.

Количество теплоты, передаваемой излучением в топке, зависит от характера расположения факела пламени в ней и, главным образом, от местоположения в топке области максимальной температуры факела, т.к. от последнего зависит угол облучения лучевоспринимающих поверхностей.

Таким образом, изменение температуры и падающих лучистых потоков имеют четко выраженный максимум, местоположение которого зависит от коэффициента избытка воздуха, реакционной способности топлива и размера частиц.

М = 0,59 – 0,5х_т,

где х_т = 0,14 – характеризует относительную высоту положения зоны максимума температур в топке.

М = 0,59 – 0,5  0,14 = 0.52

Коэффициент тепловой эффективности экрана

При сжигании топлива происходит более или менее интенсивное загрязнение лучевоспринимающих поверхностей нагрева топки, неравномерное по ходу движения газов.

Это загрязнение резко снижает тепловосприятие лучевоспринимающих поверхностей и увеличивает тепловые потоки, идущие от нагретых экранов к факелу.

Таким образом, обратный лучистый поток от экранных поверхностей на факел обуславливается не столько отраженным лучистым потоком, сколько собственным излучением слоя загрязнений на экранных трубах.

 =  

где  - коэффициент учитывающий снижение тепловосприятия вследствии

загрязнения или закрытия изоляцией экранных поверхностей  = 0,6

[3, табл.6,стр.35]

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов:

если экраны топки закрыты экранами с разными угловыми коэффициентами х , или экраны покрывают часть поверхности стен, то среднее значение коэффициента тепловой эффективности составит:

_ср =   ( Н_л – Н_{л.дв.эк.}^{I к.п.} ) + (  - 0.1 )  Н_{л.дв.эк.}^{I к.п.}

_ср = 0,6  (18,404 – 0,8234) + (0,6 – 0,1 ) 0,8234 / 38,995 = 0,281

Теплонапряжение поверхности стенок, ограждающих объем топки:

В_р  Q_т / F_ст = 736,768  6060,7029/38,995 = 114510,472, ккал /(ч м²)

Температура дымовых газов на выходе из топки определяется графическим методом согласно номограмме 7 [.1, стр. 245 ]

_{Т (Р)}^ =1025⁰С

Т.к. расхождение между получаемой температурой и ранее принятой ( 960⁰С) на выходе из топки не превышает ^ 100⁰С, то расчет считается оконченным.

Определяем количество теплоты, воспринятое лучевоспринимающей поверхностью топки на 1кг топлива:

Q_Л= (Q_T-I”_T)

где  - коэффициент сохранения теплоты;

Q_{т –} энтальпия дымовых газов на выходе из топки;

J_т^ - энтальпия дымовых газов на выходе из котельного агрегата

Q_Л=0,97(6060,7-3600) = 2386,88 ккал/кг